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Em um recipiente termicamente isolado, de capacidade térmica desprezível, introduz-se um cubo de gelo a 0ºC, de massa igual a 135 g. Depois, calor é fornecido ao gelo, até que ele apresente-se completamente liquefeito e a uma temperatura de 4ºC. Quais são a variação aproximada do volume e a quantidade total de calor fornecido? Considere que todo o calor fornecido foi absorvido exclusivamente pela água nos estados sólido e líquido. Dados: dágua = 1,0 g/cm3 ; dgelo = 0,9 g/cm3 ;  calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g; calor específico da água = 1 cal/gºC  e pressão atmosférica = 1 atm.

Em um recipiente termicamente isolado, de
capacidade térmica desprezível, introduz-se um cubo
de gelo a 0ºC, de massa igual a 135 g. Depois, calor
é fornecido ao gelo, até que ele apresente-se
completamente liquefeito e a uma temperatura de
4ºC. Quais são a variação aproximada do volume e a
quantidade total de calor fornecido? Considere que
todo o calor fornecido foi absorvido exclusivamente
pela água nos estados sólido e líquido. 

Dados: dágua = 1,0 g/cm3 ; dgelo = 0,9 g/cm3 ;  
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;

calor específico da água = 1 cal/gºC  e

pressão atmosférica = 1 atm.

Resposta:

A alternativa correta é D)

Vamos começar calculando a variação do volume. Inicialmente, temos um cubo de gelo com massa de 135 g. Sabemos que a densidade do gelo é de 0,9 g/cm³, então podemos calcular o volume inicial do gelo:

Vinicial = m / dgelo = 135 g / 0,9 g/cm³ = 150 cm³

Depois de fornecer calor ao gelo, ele se liquefaz completamente e atinge uma temperatura de 4°C. Sabemos que a densidade da água é de 1,0 g/cm³, então podemos calcular o volume final da água:

Vfinal = m / dágua = 135 g / 1,0 g/cm³ = 135 cm³

Agora, podemos calcular a variação do volume:

ΔV = Vfinal - Vinicial = 135 cm³ - 150 cm³ = -15 cm³

Como a resposta deve ser positiva, tomamos o valor absoluto:

ΔV ≈ 15 cm³

Agora, vamos calcular a quantidade total de calor fornecido. Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para liquefazer completamente o gelo. Sabemos que o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g, então:

Qfusão = m × calor latente de fusão = 135 g × 80 cal/g = 10800 cal

Além disso, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer a água de 0°C para 4°C. Sabemos que o calor específico da água é de 1 cal/g°C, então:

Qaquecimento = m × c × ΔT = 135 g × 1 cal/g°C × 4°C = 540 cal

A quantidade total de calor fornecido é a soma das duas quantidades calculadas anteriormente:

Qtotal = Qfusão + Qaquecimento = 10800 cal + 540 cal = 11340 cal

Portanto, a resposta certa é:

  • D) 15,0 cm³ e 11340 cal
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